基于热变形分析的液体静压电主轴系统参数优化

液体静压电主轴系统的热变形严重影响机床加工精度,有必要对电主轴系统热变形的影响因素进行分析,以减小系统的热变形量。利用有限元法,分析在工艺参数和结构参数不同取值条件下某液体静压电主轴系统的热变形情况,重点分析冷却水流量、轴承供油压力、主轴转速、轴承结构参数对主轴热变形的影响。结果表明,电主轴系统的最大变形出现在主轴前端安装砂轮处;冷却水流量和供油压力的改变对主轴前端面径向最大热变形的影响规律显示,当冷却水流量和供油压力达到一定值时,系统的热变形已得到有效控制,若再增大冷却水流量和供油压力,热变形量减少的幅度较小;在不同的主轴转速下,润滑油的流动状态不同,润滑油在紊流条件下的主轴前端面径向最大热变形超过层流条件下的2倍。运用均匀设计试验,得到轴承长径比和轴承轴向封油边长度的优化参数值,使主轴前端面径向最大热变形控制为最小。     

高速电主轴油气润滑参数优化系统及平台设计

油气润滑是高速电主轴最高效的冷却润滑方式,然而要达到最佳的润滑效果必须针对不同型号轴承以及不同工况设定准确的油气润滑参数,这就需要可靠的试验装备进行大量的试验分析。为此搭建模拟电主轴运行工况的实验平台,设计油气润滑系统并设计一种兼具油气混合器和油气分配器功能的油气混合分配器。试验结果表明：试验平台最佳的转速范围为0～30 000 r/min,满足高速机床主轴试验的转速要求;油气混合分配器供油误差满足±10%的行业标准,使用寿命达到12万次。因此搭建的试验平台和油气润滑系统对高速电主轴油气润滑参数的试验研究有较高的可靠性。     

液体静压主轴热态特性多物理场耦合仿真与实验研究

液体静压主轴在加工过程中受热源影响发生热变形,会影响机床加工精度。针对一种超精密卧式辊筒加工机床的液体静压主轴,建立主轴生热与散热的理论模型,采用有限体积法与有限单元法建立主轴的流-热-固耦合仿真模型,考虑油膜区域散热条件,分析主轴工作到稳态下的温度场以及产生的轴向热误差,并通过试验验证仿真模型的正确性和准确性。应用该模型分析主轴转速、供油压力、液压油黏度、油膜间隙以及轴向封油边长度对主轴温升的影响。结果表明,主轴温升随主轴转速、液压油黏度、封油边长度的增大而增大,随供油压力、油膜间隙的增大而减小。因此,在满足主轴性能的前提下,使用较低的主轴转速、较大的供油压力,选择小黏度的液压油、较大的油膜间隙以及较短的封油边长度可以有效地降低主轴的温升。     

高速电主轴热误差正交试验设计与分析

为考察多因素耦合作用下对高速电主轴热误差的影响状况,提出一种基于无线通信技术的正交试验设计新方法。设计了由温度传感器PT100、微处理器STM8S和无线收发模块nRF905等组成的温度采集标签,可实现分布测点温度信号的智能无线监测,满足了多因素热误差实验以及数据获取的便捷性;基于正交试验法设计了实验方案,既减少了实验次数,又解决了多因素水平数参次不齐的问题;通过直观、极差、方差数据分析,结果表明:冷却因素对于热误差的影响最大,运行时间次之;主轴运行时的最优方案为冷却水温度18℃～20℃,冷却水流量2.5 L/min,转速20 000 r/min,运行时长30 min。     

数控机床电主轴零件的精密切削加工

随着机械冷切削技术朝着高速、低耗能和高效率的方向发展,以高速电主轴系统为核心部件的高效、高精度数控机床的研究已成为数控机床装备业的一个方向。本文所述电主轴为适用于高速切削机床内装式电主轴单元的核心零件,它构成的电主轴单元适用于最高主轴转速50000r／min、     

PAL在主轴高低速电路中的应用

主轴调速系统与主轴负载之间存在匹配问题,机床设计时,为了扩大恒功率段并提高低速输出扭矩,一般采用高低速电磁离合器来满足负载要求。下面就数控立式铣床配装A-B (ALLEN-BRADLEY)公司生产的8400MP系统来讨论PAL(Programmable ApplicationLogic)对主轴高低速电路的实施。 1.机床主轴参数 机床主轴传动系统见图1,其最高转速为4000r/min,最低转速为 40r/min,调速比为100。 AC调速电机特性见囹2。根据主轴最高转速,电机转速应为4000 ×i1=4000 ×1.12=4480 r/min,设定主轴最高转速因子为4480/10r/min,高低速分界转速为4480/i2=4480/…     

数控机床高速主轴温升与热变形实验研究

电主轴温升引起的热变形是影响数控机床加工精度的重要原因之一。为了研究高速电主轴热变形变化规律,搭建了高速电主轴温升与热变形测试实验平台,采用主轴动态误差分析仪同时测量150MD24Z7.5型电主轴在X、Y、Z轴方向的热变形量及不同位置的温升变化。结果表明,主轴轴向(Z向)的热变形量最大,在转速为4000r/min、6000r/min、8000r/min、10000r/min条件下,主轴的轴向热变形分别达到73.1、79.3、74.5、75.1;且主轴轴端温升趋势与轴向热变形趋势一致。论文的实验结果,为主轴热变形实现智能预测及主动控制提供了准确的数据支撑。     

我国滚动轴承电主轴的发展

滚动轴承电主轴起源于内表面磨削技术的发展,在内表面磨削中,尤其是在轴承行业内表面磨加工领域内,砂轮直径受工件尺寸限制,不可能无限增大,而常规的机械主轴,传动速度比受机械传动限制,不可能很高.砂轮轴最高转速仅达30 000r/min,若以此速度去加工内径小于10mm的微型轴承内环内孔,其砂轮极限尺寸为φ8 mm.此时砂轮表面线速度仅为12.6m/s,而工频电机额定转速为3000r/min.要升速到30 000r/min,必须采用多级传动,这就造成机床布局的困难及砂轮主轴振动的先天不足.为解决轴承行业内表面磨削的技术难题.主轴行业发展了用于轴承内表面磨削的电主轴.     

基于Fluent—BP神经网络的液体动静压轴承热特性分析

针对液体动静压轴承运转发热复杂的问题,应用Fluent软件对液体动静压轴承进行CFD仿真分析,获得不同输入状态下的油膜温度场分布以及轴承运转时的平均温度和最高温度。并在此基础上通过正交试验将Fluent仿真与BP神经网络相结合,实现对任意输入参数下轴承工作温度的预测,并对转速与供油压力以及供油压力与供油温度的综合作用效果进行分析。结果表明,主轴转速对轴承作用的效果比较显著,当轴承在高转速状态下运行时,需要提供高的供油压力来保证轴承的正常运转;当供油压力下降和供油温度上升同时出现时,轴承运转温度骤升,必须谨慎对待。利用BP神经网络的泛化功能,以少量的样本,可得到均匀全面的网络训练样本点,从而能快捷有效地实现对液体动静压轴承的热特性分析。     

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

超高转速条件下主轴轴承内部的润滑特性,是制约电主轴所能够达到的最高转速和影响其动态稳定性的主要因素之一.在油气润滑条件下,利用超高转速电主轴结构,通过改变供油量、转速、轴向预载荷等状态参数,测试反映主轴轴承润滑性能的油膜电阻和轴承部位的温度,对轴承内部的润滑状态性能进行试验研究.结果表明,转速和供油量是影响轴承内部润滑油膜电阻和轴承温升的主要因素,对应于某一转速等特定工况,总存在一个最佳供油量,使轴承能够处于最佳润滑状态;在超高转速条件下,轴承内部会出现严重的"乏油"现象,易导致润滑性能变差、轴承工况条件恶化等.     

基于RBF神经网络的主轴热变形实时测量与研究

运用RBF神经网络理论建立机床主轴热误差数学模型,首次采用API主轴测量系统对150MD24Y16型电主轴进行了热变形实时测量.实验结果表明,所测主轴热变形沿Z轴方向最大,在主轴转速1 000 r/min的条件下,约为43 μm,并依据国际标准对主轴进行了24 h测量,为后期有限元分析和实时补偿提供了实测数据和经验保障.     

TA15钛合金深孔钻削试验研究

以难加工材料TA15钛合金为研究对象,采用正交试验设计方法,研究内排屑深孔钻削钻头断屑槽圆弧半径、机床主轴转速和进给量在钻削过程中对切屑形态的影响规律.试验表明:钻头断屑槽的圆弧半径是影响切屑形态的主要因素,机床主轴转速和进给量为次要因素;优化后的工艺参数选取断屑槽圆弧半径为0.8 mm,主轴转速为255 r/min,...     

基于ANFIS的高速电主轴热误差建模研究

为了减少热误差对电主轴加工精度的影响,需要建立电主轴的热误差补偿系统,而补偿系统的性能主要取决于热误差预测模型的准确性和模型输入的温度质量。为保证输入模型的温度质量,采用模糊C-均值聚类和灰色关联分析相结合的综合算法优化温度测点,将温度测点的数量由10降至3个,以某台电主轴为试验对象,以电主轴转速为7 000 r/min的温度变量为输入,热误差变量为输出,采用自适应神经模糊推理系统建立了电主轴的热误差预测模型,并以转速为5 000和9 000 r/min的实验数据作为验证,结果表明,建立的ANFIS热误差预测模型可以有效地预测电主轴的热误差,预测模型的残差小于1μm。最后,与误差反向传播神经网络进行对比,结果表明该预测模型具有更高的精度和抗干扰能力。     

基于油雾润滑的高速电主轴断油性能试验研究

对基于油雾润滑的高速电主轴进行断油性能试验,利用B&K声学/振动分析系统、红外热像仪等仪器对断油过程中高速电主轴系统的振动特性、主轴轴承内部的润滑、电主轴表面的温度场等状态参数进行监测,并与正常油雾润滑时高速电主轴的状态参数进行比较,分析研究了断油状态对高速电主轴工作性能的影响.试验结果表明:高速电主轴正常工作时主轴轴承所需要的润滑油量很少;短时间断油对电主轴系统的正常运行状态影响不大,主轴轴承内部的润滑、电主轴系统的振动特性和电主轴的热状态等性能参数能够维持在基本正常的水平.     

高速电主轴热特性建模与冷却系统参数优化方法研究

电主轴热变形是影响加工精度的主要因素之一，而热变形主要由电主轴温升引起，其中冷却系统是影响电主轴温升的关键因素。为了优化冷却系统关键技术参数，以某型号高速电主轴为例，建立了考虑主轴不同旋转面换热系数的热特性模型，提高了温度场和热误差的仿真精度，并进行了主轴不同转速的温升与热误差实验，验证了仿真模型的正确性；基于所建立的电主轴热特性仿真模型，利用正交试验法进行了冷却系统参数优化，冷却参数优化后的仿真实验结果表明，电主轴最高温度降低了2.0℃，热变形减小了25.76μm，为电主轴冷却系统优化提供了理论参考。     

机床油气滑润的设计

在机床采用高速、高精度电主轴时,电主轴轴承的润滑就显得尤为重要。针对电主轴转速目前已经达到4 000 r/min以上及DmN值突破100万的现状,在分析了机床电主轴的润滑特点之后,设计了较为环保的油气润滑系统,并介绍了油气润滑的选择标准以及油气润滑的控制系统,为在精密机床中应用电主轴提供了有效的配置。     

航天铝合金薄板制孔毛刺高度的试验研究

针对典型的航天铝合金薄壁件的无毛刺制孔需求,分析制孔毛刺的形成原理,应用单因素试验建立主轴转速、刀具进给量、压紧气缸压力与制孔毛刺高度之间的联系,并采用三因素三水平正交试验方差分析法确认最佳制孔工艺参数。设计的制孔工艺试验结果表明:影响毛刺高度的主次关系依次为压力,主轴转速,进给量;最佳制孔工艺参数为压紧气缸压力0.6 MPa,主轴转速12 000r/min,进给量0.025 mm/r,在此参数下,毛刺高度约为0.103 mm。     

基于机床数控系统的电主轴控制技术

随着机床产业的不断发展,电主轴的应用越来越广泛,电主轴上配置星角切换装置后,不但具有低转速时高扭矩,还具备高转速时大功率的特性。高速运转的电主轴的主轴型式是将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部,即把高速电机置于精密主轴内部,电主轴的电机转子就是主轴,主轴的壳体就是电机的机座,实现了变频调速电机和主轴一体,电机直接驱动主轴,形成电主轴。     

基于灰色关联分析方法和熵权法的纵扭超声振动螺旋磨削制孔工艺参数优化

为优化纵扭超声振动辅助螺旋磨削制孔工艺参数和提高加工性能,以氧化锆陶瓷为研究对象,选取螺距、螺旋进给速度、主轴转速和超声振幅为工艺参数,设计了四因素三水平正交试验,并测量其磨削力、孔壁表面粗糙度和孔底表面粗糙度;借助灰色关联分析方法和熵权法得到最优工艺参数为螺距3.5μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速20000r/min,超声振幅6μm;螺距、超声振幅、主轴转速、螺旋进给速度对灰色关联度的影响程度依次降低。建立了灰色关联度、目标参数与工艺参数的经验预测模型,得到最优工艺参数为螺距3.0μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速22000r/min,超声振幅6μm;孔壁和孔底的表面粗糙度分别为0.12789μm和0.38137μm,磨削力为9.482N,且关联度略优于正交试验最大关联度。     

有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计

针对小孔节流深浅腔动静压轴承的性能优化问题,基于平行平板扩散流动计算模型及流量守恒原理,推导了微元控制体边界压力的插值函数,提出了分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压力、承载力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的有限体积计算方法。使用该方法研究了供油压力、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性的影响规律,从而得到了以上相关参数的优化区间。在此基础上,采用四因素三水平的正交试验法,在满足多目标性能最优的前提下,得到了小孔节流深浅腔动静压轴承结构参数与工作参数的最优组合。以该组参数试制了小孔节流深浅腔动静压轴承并建立了试验平台,测量了不同转速及供油压力下油腔的压力值。试验结果表明,轴承油腔压力试验数据及理论计算值随主轴转速的变化趋势一致;误差在11%以内。验证了有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计方法的正确性。